1引言

在工程設計過程中，經常會遇到遠程終端單元（rtu）與plc進行通訊的問題。plc和rtu都適用于環境比較惡劣的工業場所，特別是在煤礦井下變電所，一般都設置遠動終端。有時候需要在原有的plc控制系統上進行變電所集控系統的接入，這時可以采用以plc作為集中控制單元，并配以觸摸屏作為hmi，然后通過plc與rtu的通訊實現井下變電所的集中控制。rtu主要有兩類通訊規約：一類是循環式數據傳送規約，另一類是問答式傳送規約。cdt規約即屬于前者，本文主要分析如何利用西門子通訊模塊cp340來解析cdt規約。

2cdt規約簡單介紹

部頒cdt循環規約是早期電力部頒布的一套遠動規約標準，是電力系統中廣泛運用的協議之一。它規定了電網數據采集與監控系統中循環式遠動規約的功能、幀結構、信息字結構和傳輸規則等，適用于點對點的遠動通道結構及以循環字節同步方式傳送遠動設備與系統，多用于rtu設備和后臺主站之間的通信［1］。

3cdt規約特點

cdt規約的數據以幀格式循環發送，根據需要傳送的數據的類型和重要性不同，分為：重要遙測（a幀）、次要遙測（b幀）、一般遙測（c幀）、遙信狀態（d1幀）、電能脈沖數據（d2）幀、事件順序記錄（e幀）。幀結構如表1所示，每幀都以同步字開頭，并有控制字，除少數幀外均應有信息字。信息字的數量依實際需要設定，幀長度可變。

4幀系列傳送順序

幀系列可根據需要安排傳送順序，通常有下列3種方式［1］：

（1）固定循環傳送，用于傳送a、b、c、d1、d2幀。

（2）幀插入傳送，用于傳送e幀（e幀長度不得大于a幀）。soe信息可能連續出現，當輪到發送e幀時用軟件指針定好發送界限，后續出現的可歸到下一次e幀時再送。

（3）信息字隨即插入傳送，具體插入的方式如下：①變位遙信、遙控命令的返校信息、升降命令的返校信息等剛一產生就應插入當前幀的信息字傳送，若當前幀是a、b、c、d幀，則原信息字被取代，插入的信息在本幀內連續（重復）三次（原幀長度不變，不許跨幀），以便接收端利用3取2原則作出判決。若本幀空間不夠連續重復三次，則全部改為下一幀插入傳送。當前幀如是e幀，則應在soe完整字之間插入，幀長度相應加長。②對時的子站時鐘返回信息也插入傳送，但僅傳送一遍，其余與上述同。

圖1為各種幀類別均需傳送，當需要以幀插入方式傳送e幀時，即在箭頭所指處插入傳送，并按規定連送三遍。

圖2所示為有遙信變位需要插入傳送時的示意圖。這種插入不是以幀為單位，而是以信息字為單位，優先插入當前一幀，并連傳三遍（取代三個原來信息字），若本幀不夠連傳三遍，就全部改在下一幀再傳送。對時的子站時鐘返回信息只插送一遍。如被插的幀為a、b、c、d幀，原信息字被取代后幀長不改變。

圖3所示為出現遙控返校信息時，被插的是e幀，則必須在事件順序記錄完整的信息之間插入，幀長度也相應增加。

此外，當子站初始加電或重新復位后，幀系列一律從幀開始，優先傳送遙信狀態信息給調度端。下行通道中沒有上述問題，有命令隨時發送，無命令時連續不間斷地發送同步信號。

5cp340通訊參數配置

西門子s7-300plc的編程軟件為step7，首先進行plc的硬件組態，再進行軟件編程。通訊模塊cp340集成了串行接口，允許用戶通過點對點的方式和通訊伙伴通訊，cp340通訊處理器的模塊系列有三種，這里選用cp340-rs422/485。cp340通過背板總線與plc的cpu相連，為減小通信時cpu模塊的負擔，cp340被設計成智能型的，cp340模塊上的處理器既受控制又有自主性，它根據cpu模塊的命令自主管理串行口的收發工作。模塊內有接收緩沖器和發送緩沖器，依靠接收和發送緩沖器建立起cpu模塊與cp340的聯系。發送數據時，cpu只需把發送的數據寫入發送緩沖區，然后，由cp340把緩沖區中的數據逐個發送出去。cp340接收數據時，把接收到的數據寫入接收緩沖區。cpu模塊可以查詢方式讀接收緩沖區，如果緩沖區不空，cpu便得到接收數據。讀寫cp340上的緩沖區需要調用專用的功能塊，寫緩沖區的功能塊稱為發送功能塊fb3，讀緩沖區的稱為接收功能塊fb2。cp340在使用前必須選擇通信協議并進行參數設置，cp340模塊參數設定簡便，集成在step

7軟件中的參數配置功能即可方便地設置cp340的通信協議及參數。rtu與cp340之間為異步串行通信，選用ascii通信協議［2］。串行通訊參數設置要與rtu相同：波特率為4800bps，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。圖4為step7中cp340的硬件組態中的參數配置圖。

6協議解析思路

三遙功能的實現。

遙測量的信息：主要在a、b、c幀中，遙信信息在d1幀，電能脈沖數據在d2幀，事件順序記錄在e幀。rtu會通過固定循環傳送向plc傳送（其中soe為幀插入方式傳送）。

遙控的過程則需要plc向rtu發送下行遙控命令；然后rtu會以信息字插入的方式向plc發送遙控返校信息；plc收到信息并確認后再向rtu發送遙控執行命令，或者撤銷命令；最后rtu執行plc下發的遙控命令，并將遙信變位信號以信息字插入方式返送到plc。整個遙控過程如圖5所示。

7plc程序設計

7.1主程序

主程序放在一個功能fc內，由主程序塊ob1調用執行。通信程序首先通過調用功能塊fb2對cdt數據的接收，并轉存入數據接收區db20中。之后調用數據整理塊，取出db20中的一個字（6個字節），并查找同步字（eb90

eb90

eb90）。找到同步字之后再取下面的6個字節（控制字），并進行處理。然后根據控制字中的提供的信息字個數，分別對幀的信息字進行處理。在對控制字和信息字處理的時候首先進行crc的校驗，如果有錯誤，則拋棄此幀，進行下一幀同步字的查找［3］。程序主要部分如下：

call“rcv_data”//接收數據并存儲至db20

call“check_6byte”//處理數據，判斷是否有6個字節

a“istransneed”//需要處理數據

jc_001

jucom

_001：call“check_eb90”//查找同步字

a“isframetrans”//需要幀處理

jc_002

jucom

_002：call“contrw_trans”//控制字處理

a“isinfotrans”//需要信息字處理

jc_003

jucom

_003：call“infow_trans”//信息字解析

com：nop0

7.2數據的接受和處理

由于300plc處理數據的時間遠比rtu傳送來數據的速率要快。因此不會存在rtu傳送的數據出現覆蓋情況。在db20中建120個字節作為cpu接收rtu數據的緩沖區，因為cdt規約中無論是同步字、控制字還是信息字均為6個字節長，因此數據緩沖區可以存20個字。數據接收塊（rcv_data）對來自rtu數據的接收，并轉存到數據緩沖區db20中。處理數據塊（check_6byte）是為了判斷db20中的數據是否有六個字節，如果有6個字節則置位“需要處理位”（istransneeded），為下面查找同步字打開通路；如果沒有6個字節則結束子程序功能塊，等待plc下個掃描周期對數據的接收。

7.3同步字查找

當以上程序判斷出數據緩沖區中有大于6個字節的數據，將會調用同步字查找塊（check_eb90）。對取回的數據進行處理首要問題就是要找到同步字，可依次取出六個字節，并判斷它們是否為同步字（三組eb90h）。若不是，則丟掉第一個字節，同時再取出隨后的那個字節，再次進行判斷。每個plc的掃描周期都要重復這樣的過程，直到找到同步字為止。當找到兩個同步字，將同步字之間的數據轉存到控制、信息字db區，并置位“需要幀處理”標志位（isframetrans）。

7.4控制字處理

isframetrans為1時，程序將跳到控制字處理塊（contrw_trans），即開始數據幀的控制字處理。首先，取出6個字節，并調用crc校驗塊對其進行crc8校驗，若校驗正確，則說明這6個字節即為控制字，從控制字的第三個字節可得到該數據幀的信息字字數，存入變量info_len；根據控制字的第二個字節幀類別置位不同的標志位，以便信息字處理塊取出不同的遙測遙信以及遙控返校信息；最后置位信息字處理標志位（isinfotrans）。若不正確，則復位“需要幀處理”標志位（isframetrans）重新開始尋找同步字。

7.5信息字的解析

根據控制字處理塊所提供的幀類別和取出的信息字總長度info_len，就可以開始信息字的解析，每次還是取出六個字節，調用crc校驗塊對其進行crc8校驗。若校驗錯誤，則丟掉這一信息字，接著取出下一個信息字進行解析。若校驗正確則說明該信息字有效。根據幀類別去處理不同的信息字，信息字中的第一個字節為功能碼，通過功能碼可以確定這一個信息字的具體意義，這樣就可以把信息字中的信息數據取出來轉存到plc的某個特定存db區內。不管crc8校驗是否正確，都對已處理信息字進行計數，當計數值與信息字總長度info_len相同時即說明該數據幀已經全部解析完，并復位信息字處理標志位（isinfotrans）。接下來應該是下一幀的同步字，根據上面步驟繼續處理rtu傳來的數據幀。

7.6遙控和crc8校驗的實現

遙控功能是在上面信息字處理的基礎之上實現的，在ob1內設置檢測遙控命令的語句，每個掃描周期執行一次。一旦檢測到控制中心下發的遙控命令，即調用遙控選擇程序，根據遙控開關序號及動作要求按照cdt規約格式生成遙控選擇幀，通過cp340發送出去。發出遙控選擇命令，同時啟動一脈沖定時器sp，在定時時間內，對上面收到的信息字進行檢測，若收到正確的遙控返校信息字，則調用遙控執行程序，生成遙控執行幀，通過cp340發送出去，遙控操作即完成。如果在定時時間內沒有收到遙控返校信息或返校信息字校驗錯誤，則遙控失敗。

cdt規約中采用的校驗碼為crc8校驗。其控制字和信息字都是（n、k）＝（48、8）碼組，生成多項式為g（x）＝x8＋x2＋x＋1，陪集碼為ffh。由于300plc的db數據區很大，因此程序中采用查表法計算crc校驗值。對于下面格式的控制字或者信息字的crc8校驗方法如表2所示。

（1）00h與第一個字節data0異或，結果查表，得temp0；

（2）temp0和data1異或，結果查表，得temp1；

（3）temp1和data2異或，結果查表，得temp2；

（4）temp2和data3異或，結果查表，得temp3；

（5）temp3和data4異或，結果查表，得temp4；

（6）crc8校驗的值即為temp4的反碼。

8結束語

利用西門子300plc和串口通訊模塊cp340可以很好地對cdt規約進行解析，從而實現煤礦井下變電所等特殊場合的集中監控。在棗莊泉興礦業集團某礦的變電所自動化改造中已經成功運用了這種方法，并得到了很好的應用效果。

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